Понятие динамической устойчивости электрической системы

Статическая устойчивость является необходимым условием существования нормального режима электрической системы, но не предопределяет ее способность продолжить работу при резких нарушениях режима. Эта сторона проблемы, как отмечалось выше, затрагивает круг вопросов, относящихся к динамической устойчивости. Расширим представления о последней с учетом проведенных рассуждений.

В качестве причины, приводящей к резкому нарушению режима электрической системы (рис. 2.1), рассмотрим отключение одной цепи линии Л. Схема замещения электрической системы для этого случая приведена на рис. 6.1.

Отключение одной цепи линии Л означает увеличение как ее сопротивления, так и результирующего сопротивления Х в схеме замещения (рис. 2.3). Это уменьшает возможные значения тока Iс, определяемой им индукции Вс магнитного поля и зависящий от последнего электромагнитный момент генератора. Такое снижение возможностей генератора по созданию электромагнитного момента отражается характеристикой момента MII, располагающейся ниже характеристики момента МI исходного режима (рис. 6.2).

Предположим, что в исходном режиме (точка а) турбина создает момент М01 (рис. 6.2а). При отключении цепи линии Л угол из-за инерционности ротора генератора сразу не изменится, а вот электромагнитный момент мгновенно снизится до значения Мb, которое определяется точкой b на характеристике момента МII и меньше неизменного и вращающего момента турбины Мт=М01. Это вызовет ускорение ротора генератора, увеличение его скорости, и как следствие прогрессирующий рост угла (рис. 6.2а).

Процесс увеличения скорости ротора закончится в момент достижения углом значения уст, при котором восстанавливается баланс вращающего момента турбины и тормозящего электромагнитного момента генератора (точка с). Но увеличение угла после достижения им значения уст будет продолжаться, так как скорость ротора генератора f больше синхронной c, но происходить оно будет менее интенсивно вследствие превышения тормозящего электромагнитного момента генератора МII над вращающим моментом турбины Мт (рис. 6.2). Если скорость f ротора генератора снизится до синхронной c, то угол, достигнув значения m (точка d), начнет уменьшаться, и дальнейшее его изменение будет происходить, как правило, в форме затухающих колебаний вокруг значения уст (рис. 6.2а). Колебательность процесса объясняется как механической инерционностью ротора генератора, так и возникновением при неравенстве # уст результирующего момента на валу генератора, стремящегося приблизить угол к значению уст. В результате установится новый нормальный режим работы генератора и системы в целом. В этом случае можно говорить об обладании генератором и системой динамической устойчивости при отключении цепи линии Л.

Если же скорость f ротора генератора при торможении не успеет сравняться с синхронной c, то есть угол достигнет критического значения кр, соответствующего точке с' пересечения характеристик момента турбины и генератора (рис. 6.2), то с этого момента режим уменьшения скорости генератора сменится режимом ее увеличения из-за преобладания при кр вращающего момента турбины Мт над тормозящим электромагнитным моментом МII генератора. Это вызовет прогрессирующий рост угла (рис. 6.2б) и последующее его непрерывное увеличение, то есть проворачивание ротора генератора Г относительно ротора генератора Гс приемной системы, означающее нарушение устойчивости. Такое развитие процесса возможно, например, если в момент отключения линии Л генератор развивал большую активную мощность, то есть его турбина создавала момент М02>М01, и на этапе торможения ротора генератора (между точками с и с' пересечения характеристик моментов) действующий на него результирующий момент был недостаточен для снижения его скорости до синхронной. В этом случае можно говорить об отсутствии динамической устойчивости у генератора и системы в целом при отключении цепи линии Л.

Рассчитать динамическую устойчивость — это значит определить условия, при которых она обеспечивается, в частности, в рассмотренном случае для генератора Г, это значит определить, например, ту предельную мощность, развивая которую генератор сохранит устойчивость при отключении одной цепи линии Л.